Կովալենտության հասկացումը և օրինակները
Պենդահուլուան
Քիմիայում ատոմների միացման եղանակը նյութ առաջացնելու համար մեծապես որոշում է այդ նյութի հատկությունները: Ատոմների կապի բացատրող կարևոր հասկացություններից մեկը կովալենտությունն է: Կովալենտային կապերը (կովալենտությունը) հաճախ հանդիպում են ոչ մետաղական տարրերից կազմված միացություններում, օրինակ՝ ջրում (H₂O), ածխաթթու գազում (CO₂), մեթանում (CH₄) և կյանքի հիմքը կազմող տարբեր օրգանական միացություններում: Կովալենտության իմաստը և օրինակները հասկանալը կօգնեն մեզ հասկանալ, թե ինչպես են ձևավորվում մոլեկուլային կառուցվածքները, ինչու են որոշակի նյութեր ունեն որոշակի եռման կետեր, ինչու են որոշ միացություններ հեշտությամբ լուծվում ջրում և ինչպես է տեղի ունենում քիմիական ռեակտիվությունը:
Կովալենտության հասկացումը
Կովալենտությունը հասկացություն է, որը կապված է կովալենտ կապերի առաջացման հետ, որոնք քիմիական կապեր են, որոնք առաջանում են, երբ երկու ատոմներ կիսում են էլեկտրոնների զույգ՝ կայունություն ապահովելու համար: Ընդհանուր առմամբ, ատոմները ցանկանում են հասնել կայուն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայի, ինչպես ազնիվ գազերը (օկտետի կանոն), որը նշանակում է ունենալ 8 էլեկտրոն իրենց արտաքին թաղանթում (չնայած կան որոշ բացառություններ): Քանի որ ոչ մետաղական ատոմները հակված են ունենալ համեմատաբար բարձր էլեկտրոնեգատիվություն և «հեշտությամբ» չեն կորցնում էլեկտրոններ, կայունության հասնելու ամենահավանական ճանապարհը էլեկտրոններ կիսելն է, այլ ոչ թե դրանք ամբողջությամբ տալը կամ ստանալը, ինչպես իոնային կապերի դեպքում:
Այլ կերպ ասած, մինչդեռ իոնային կապերի դեպքում էլեկտրոնները փոխանցվում են մեկ ատոմից մյուսը, կովալենտային կապերի դեպքում էլեկտրոնները համատեղ են։ Համատեղ էլեկտրոնները կազմում են կապող էլեկտրոնային զույգ, որը «կապում» է երկու ատոմային միջուկները՝ առաջացնելով մեկ մոլեկուլ կամ կովալենտային կապ։
Ինչո՞ւ են առաջանում կովալենտային կապեր։
Կովալենտային կապերը առաջանում են ավելի ցածր, ավելի կայուն էներգետիկ վիճակի հասնելու ձգտման պատճառով։ Երբ երկու ատոմ մոտենում են միմյանց, նրանց վալենտային էլեկտրոնները կարող են կիսվել, ինչը ստեղծում է տպավորություն, որ յուրաքանչյուր ատոմ «ունի» բավարար քանակությամբ էլեկտրոններ իր արտաքին թաղանթում։ Սա համակարգը դարձնում է ավելի կայուն, քան երբ ատոմները կանգնած են առանձին։
Օրինակ՝ ջրածնի ատոմը (H) ունի մեկ էլեկտրոն և ցանկանում է կայունություն ապահովել, ինչպես հելիումը (He)՝ երկու էլեկտրոնով։ Երկու ջրածնի ատոմներ կարող են կիսել էլեկտրոնների զույգ՝ կազմելով H₂ մոլեկուլ։ Յուրաքանչյուր H₂ ատոմ այժմ «զգացվում է», կարծես իր առաջին թաղանթում ունի երկու էլեկտրոն, այդպիսով հասնելով կայունության։
Կովալենտային կապերի տեսակները
Կովալենտային կապերը կարելի է տարբերակել՝ հիմնվելով ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի քանակի և ատոմների միջև էլեկտրոնեգատիվության տարբերության վրա։
1. Հիմնվելով էլեկտրոնային զույգերի ընդհանուր քանակի վրա
1. Միակ կովալենտային կապ. ընդհանուր 1 զույգ էլեկտրոններ։
Օրինակ՝ H—H H₂-ում կամ C—H CH₄-ում։
2. Կրկնակի կովալենտային կապ. ընդհանուր 2 զույգ էլեկտրոններ։
Օրինակ՝ O=O O₂-ում կամ C=O CO₂-ում։
3. Եռակի կովալենտային կապ. 3 զույգ էլեկտրոնների ընդհանուր զույգ։
Օրինակ՝ N≡N N₂-ի վրա։
Որքան շատ էլեկտրոնային զույգեր են ընդհանուր, այնքան ավելի ամուր է կապը և այնքան կարճ է ատոմների միջև հեռավորությունը։
2. Բևեռականության հիման վրա
1. Ոչ բևեռային կովալենտային կապեր
Առաջանում է, երբ երկու ատոմներն էլ ունեն նույն կամ շատ նման էլեկտրոնեգատիվություններ, այնպես որ էլեկտրոնային զույգը բաշխվում է համեմատաբար հավասարաչափ։
Օրինակ՝ H₂, O₂, N₂, Cl₂:
2. Բևեռային կովալենտային կապեր
Սա տեղի է ունենում, երբ էլեկտրոնեգատիվության տարբերությունը բավականաչափ նշանակալի է, որ էլեկտրոնային զույգն ավելի շատ է ձգվում ատոմներից մեկի կողմը։ Սա հանգեցնում է մասնակի լիցքերի առաջացմանը (δ⁺ և δ⁻):
Օրինակներ՝ H—Cl HCl-ում, O—H H₂O-ում։
Կարևոր է տարբերակել, որ բևեռային կապը միշտ չէ, որ նշանակում է, որ մոլեկուլը բևեռային է. մոլեկուլի բևեռականությունը նույնպես կախված է մոլեկուլի ձևից (երկրաչափությունից):
Կովալենտության օրինակներ առօրյա միացություններում
Ահա մի քանի օրինակներ, որոնք հեշտ է գտնել առօրյա կյանքում.
1. Ջուր (H₂O)
Ջուրը բևեռային կովալենտային կապեր ունեցող միացության կարևոր օրինակ է։ Թթվածնի ատոմն ավելի էլեկտրոբացասական է, քան ջրածինը, ուստի միայնակ զույգն ավելի շատ է ձգվում թթվածնին։ Սա ջրին հաղորդում է եզակի հատկություններ, ինչպիսիք են բազմաթիվ նյութեր լուծելու ունակությունը, բարձր մակերևութային լարվածությունը և համեմատաբար բարձր եռման ջերմաստիճանը՝ համեմատած այլ փոքր մոլեկուլների հետ։
H₂O-ում կան երկու բևեռային O—H կապեր: Բացի այդ, ջրի մոլեկուլների «կոր» (ոչ գծային) ձևը նշանակում է, որ դրանց դիպոլային մոմենտները չեն չեզոքացնում միմյանց, ուստի ջրի մոլեկուլներն ամբողջությամբ բևեռային են:
2. Ածխաթթու գազ (CO₂)
CO₂-ը C-ի և O-ի միջև ունի երկու կրկնակի կովալենտային կապեր (O=C=O): C=O կապը բևեռային է, բայց CO₂-ը գծային է, ուստի դրա երկու դիպոլային մոմենտները չեզոքացնում են միմյանց: Արդյունքում, CO₂ մոլեկուլը լիովին ոչ բևեռային է: Սա այն պատճառներից մեկն է, որ CO₂-ը համեմատաբար ավելի քիչ է լուծվում ջրում, քան մաքուր բևեռային նյութերը, չնայած որոշակի պայմաններում այն դեռևս կարող է ռեակցիայի մեջ մտնել՝ առաջացնելով ածխաթթու:
3. Մեթան (CH₄)
Մեթանը պարզ օրգանական միացություն է, որը կազմված է C-ի և H-ի միջև միակ կովալենտ կապերից: Ընդհանուր առմամբ, CH₄-ը ոչ բևեռային է, քանի որ դրա ձևը քառանիստ սիմետրիկ է, և C-ի և H-ի միջև էլեկտրոնեգատիվության տարբերությունը չափազանց մեծ չէ: Մեթանը բնական գազի հիմնական բաղադրիչն է և լայնորեն օգտագործվում է որպես վառելիք:
4. Թթվածին (O₂) և Ազոտ (N₂)
O₂-ն ունի կրկնակի կովալենտային կապ (O=O), մինչդեռ N₂-ն ունի եռակի կովալենտային կապ (N≡N): N₂-ի եռակի կապը շատ ուժեղ է, ինչը ազոտը դարձնում է համեմատաբար իներտ (հեշտությամբ չի փոխազդում) սովորական պայմաններում: Ահա թե ինչու ազոտը գերիշխում է Երկրի մթնոլորտում, բայց հեշտությամբ չի փոխազդում առանց հատուկ պայմանների կամ կատալիզատորի օգնության:
5. Ջրածնի քլորիդ (HCl)
HCl-ը բևեռային կովալենտային կապի օրինակ է: Քլորը (Cl) ավելի էլեկտրաբացասական է, քան ջրածինը, ուստի դրա էլեկտրոններն ավելի շատ են ձգվում Cl-ի կողմից, ինչը հանգեցնում է մասնակի լիցքի առաջացմանը: Ջրում լուծվելիս HCl-ը իոնացվում է՝ առաջացնելով H⁺ և Cl⁻, ինչը այն դարձնում է ուժեղ թթու: Սա ցույց է տալիս, որ միացությունը կարող է ունենալ կովալենտային կապ, բայց լուծույթում առաջացնել իոններ:
6. Ամոնիակ (NH₃)
Ամոնիակն ունի կովալենտային կապ N-ի և H-ի միջև: NH₃ մոլեկուլը եռանկյուն բուրգաձև է և բևեռային: Ամոնիակը լայնորեն օգտագործվում է պարարտանյութերի արդյունաբերության մեջ, մաքրման և տարբեր քիմիական գործընթացներում: Ամոնիակի բևեռականությունը թույլ է տալիս այն ուժեղ փոխազդել ջրի հետ:
Կովալենտային միացությունների ընդհանուր բնութագրերը
Ընդհանուր առմամբ, կովալենտային միացությունները ունեն հետևյալ բնութագրերը (չնայած կան բացառություններ).
1. Շատերը կազմված են ոչ մետաղական տարրերից։
2. Սովորաբար ունեն ավելի ցածր հալման և եռման կետեր, քան իոնային միացությունները, հատկապես փոքր մոլեկուլների դեպքում։
3. Ոչ բևեռային կովալենտային միացությունները հակված են անլուծելի լինել ջրում, բայց լուծելի են ոչ բևեռային լուծիչներում:
4. Պինդ վիճակում էլեկտրականություն չեն հաղորդում. որոշները կարող են էլեկտրականություն հաղորդել լուծույթում իոնացված լինելու դեպքում (օրինակ՝ HCl-ը ջրում):
5. Հանդիպում է բազմաթիվ օրգանական միացություններում, ինչպիսիք են ածխաջրածինները, սպիրտները, օրգանական թթուները և սպիտակուցները։
Penutup
Կովալենտությունը հիմնարար հասկացություն է, որը բացատրում է, թե ինչպես են ատոմները, մասնավորապես ոչ մետաղները, կապեր առաջացնում՝ կիսելով էլեկտրոնային զույգերը: Կովալենտային կապերը կարող են լինել միակողմանի, կրկնակի կամ եռակի, և կարող են լինել բևեռային կամ ոչ բևեռային: Օրինակները շատ ծանոթ են առօրյա կյանքին, ինչպիսիք են ջուրը (H₂O), ածխաթթու գազը (CO₂), մեթանը (CH₄), թթվածինը (O₂), ազոտը (N₂) և ջրածնի քլորիդը (HCl): Հասկանալով կովալենտության սահմանումը և օրինակները՝ մենք կարող ենք ավելի հեշտությամբ կապել մոլեկուլային կառուցվածքը նյութի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների հետ:
Եթե ցանկանում եք, կարող եմ ավելացնել հոդվածի ավելի գիտական տարբերակը (Լյուիսի կառուցվածքների, օկտետի կանոնի և մոլեկուլային երկրաչափության քննարկմամբ) կամ ավելի պարզ տարբերակ՝ կրտսեր դպրոցի աշակերտների համար։
